JP2006035585A

JP2006035585A - Liquid discharge device

Info

Publication number: JP2006035585A
Application number: JP2004217488A
Authority: JP
Inventors: Nobutaka Ueno; 修敬上野; Yasuo Nishi; 泰男西
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2004-07-26
Filing date: 2004-07-26
Publication date: 2006-02-09

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To increase nozzle density by restraining crosstalk occurring between nozzles. <P>SOLUTION: The liquid discharge device 20 discharges charged drops of a liquid to a base material K and has a plurality of nozzles 21 whose inside diameters are 100 μm or smaller, a liquid discharge head 26 to discharge liquid drops from the tips 21a of the respective nozzles 21, a liquid supply means 29 to supply the liquid into the nozzles 21 and discharge voltage application means 25 to apply a discharge voltage to the liquid in the nozzles 21. In the liquid discharge device 20, the nozzles 21 are made of a conductor or a semiconductor and the surfaces of the nozzles 21 are covered with an insulating film. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、帯電した溶液の液滴を基材に吐出する静電式の液体吐出装置に関する。 The present invention relates to an electrostatic liquid ejection apparatus that ejects droplets of a charged solution onto a substrate.

従来から、対象物に対し溶液を液滴として吐出させる技術として、ノズル内の溶液を帯電させかつ対象物とノズルとの間に電界を形成して、帯電させた溶液を液滴としてノズルの先端部から対象物に吐出させる所謂静電式液体吐出技術が知られている。当該静電式液体吐出技術は、インクや導電性ペーストを吐出用の溶液として適用し、記録媒体上に微小なドットによる高品質な画像を形成したり、基板上に超微細な配線パターンを形成したりするのに好適に用いられている。 Conventionally, as a technique for discharging a solution as droplets onto an object, the tip of the nozzle is charged with the solution in the nozzle and an electric field is formed between the object and the nozzle. A so-called electrostatic liquid ejection technique for ejecting an object from a portion to an object is known. The electrostatic liquid discharge technology applies ink or conductive paste as a discharge solution to form high-quality images with fine dots on a recording medium, or to form ultra-fine wiring patterns on a substrate. It is used suitably for doing.

ところで、導電性の溶液を吐出する通常の液体吐出装置（液体吐出用ヘッド）では、ノズルをその支持部材（ノズルプレート等）からやや突出させて当該ノズルの先端部における電界集中作用を利用するため、溶液の吐出性能に関して、ノズルが極めて重要な部位となっている。そのようなノズルの一例として、特許文献１には、珪素酸化物から構成された突出量１０〜４００μｍのノズル（１５）が開示されており、また、特許文献２には、切削加工により形成された板状で二等辺三角形状のノズル（インク吐出部１６）が開示されている。
特開２００３−３１１９４４号公報（段落番号００３５，図３参照）特開２００３−３９６８２号公報（段落番号００１４，図１参照） By the way, in a normal liquid discharge apparatus (liquid discharge head) that discharges a conductive solution, the nozzle is slightly protruded from its support member (nozzle plate or the like) to use the electric field concentration action at the tip of the nozzle. The nozzle is an extremely important part in terms of solution discharge performance. As an example of such a nozzle, Patent Document 1 discloses a nozzle (15) made of silicon oxide and having a protruding amount of 10 to 400 μm, and Patent Document 2 is formed by cutting. An isosceles triangular nozzle (ink ejection portion 16) is disclosed.
JP 2003-31944 A (see paragraph number 0035, FIG. 3) JP 2003-39682 A (see paragraph number 0014, FIG. 1)

しかしながら、上記のような、ノズルの先端部に電界を集中させる方式の液体吐出装置において、溶液の正常な吐出に必要な電界強度を得るためには、数千ボルトの高電圧を吐出電圧としてノズルに印加したり、ノズルを微細でかつ高く突出した形状に形成したりする必要があり、これらの要素が製造コストや安全性、操作安定性等の点でデメリットとなっている。また、当該液体吐出装置において複数のノズルが配されている場合、対象物とノズルとの間に形成する電界が各ノズルの形状に強く影響を受けるため、互いに隣り合うノズル同士で「クロストーク」という現象が起こる。従来は、この現象を回避するため、各ノズルのピッチ（間隔）を大きくあけているが、それでは、各ノズルを密に配することができず、ノズルの高密度化を図るのが困難となっている。
本発明の目的は、吐出電圧の低電圧化を図るとともに、ノズル同士で起こるクロストークを抑えてノズルの高密度化を図ることである。 However, in the above-described liquid discharge apparatus that concentrates the electric field on the tip of the nozzle, in order to obtain the electric field strength required for normal discharge of the solution, the high voltage of several thousand volts is used as the discharge voltage. It is necessary to form a nozzle in a fine and highly protruding shape, and these factors are disadvantageous in terms of manufacturing cost, safety, operational stability, and the like. In addition, when a plurality of nozzles are arranged in the liquid ejection apparatus, the electric field formed between the object and the nozzles is strongly influenced by the shape of each nozzle, so that “crosstalk” occurs between adjacent nozzles. This phenomenon occurs. Conventionally, in order to avoid this phenomenon, the pitches (intervals) of the nozzles are made large, but it is difficult to arrange the nozzles densely and it is difficult to increase the density of the nozzles. ing.
An object of the present invention is to reduce the discharge voltage and suppress crosstalk that occurs between the nozzles, thereby increasing the density of the nozzles.

上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、
帯電した溶液の液滴を基材に吐出する液体吐出装置であって、
内径が１００μｍ以下の複数のノズルを有し、前記各ノズルの先端部から液滴を吐出する液体吐出ヘッドと、
前記各ノズル内に溶液を供給する溶液供給手段と、
前記各ノズル内の溶液に吐出電圧を印加する吐出電圧印加手段と、
を備え、
前記各ノズルが導体又は半導体で構成されており、
前記各ノズルの表面が絶縁膜で被覆されていることを特徴としている。 In order to solve the above problem, the invention according to claim 1
A liquid ejection device that ejects droplets of a charged solution onto a substrate,
A liquid ejection head having a plurality of nozzles having an inner diameter of 100 μm or less, and ejecting droplets from the tip of each nozzle;
Solution supply means for supplying a solution into each nozzle;
A discharge voltage applying means for applying a discharge voltage to the solution in each nozzle;
With
Each of the nozzles is made of a conductor or a semiconductor,
The surface of each nozzle is covered with an insulating film.

請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の液体吐出装置において、
前記絶縁膜の膜厚が０．２μｍ以上で５μｍ以下であることを特徴としている。 The invention described in claim 2
The liquid ejection apparatus according to claim 1,
The insulating film has a thickness of 0.2 μm or more and 5 μm or less.

請求項３に記載の発明は、
請求項１又は２に記載の液体吐出装置において、
前記絶縁膜の導電率が１×１０^-12Ｓ／ｍ以下であることを特徴としている。 The invention according to claim 3
The liquid ejection device according to claim 1 or 2,
The insulating film has a conductivity of 1 × 10 ⁻¹² S / m or less.

請求項４に記載の発明は、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の液体吐出装置において、
前記溶液供給手段が溶液を貯留する溶液室を有し、
前記溶液室の溶液と前記各ノズルとの間に電圧が印加されることを特徴としている。 The invention according to claim 4
In the liquid ejection device according to any one of claims 1 to 3,
The solution supply means has a solution chamber for storing the solution;
A voltage is applied between the solution in the solution chamber and each nozzle.

請求項５に記載の発明は、
請求項４に記載の液体吐出装置において、
前記溶液室の溶液と前記各ノズルとの間に印加される電圧が１０Ｖ以上であることを特徴としている。 The invention described in claim 5
The liquid ejection apparatus according to claim 4, wherein
The voltage applied between the solution in the solution chamber and each nozzle is 10 V or more.

請求項６に記載の発明は、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の液体吐出装置において、
前記各ノズルがノズル面より液滴の吐出方向に突出していることを特徴としている。 The invention described in claim 6
In the liquid ejection device according to any one of claims 1 to 5,
Each of the nozzles protrudes from the nozzle surface in the droplet discharge direction.

請求項７に記載の発明は、
請求項６に記載の液体吐出装置において、
前記各ノズルの高さが３０μｍ以下であることを特徴としている。 The invention described in claim 7
The liquid ejection apparatus according to claim 6, wherein
The height of each nozzle is 30 μm or less.

請求項８に記載の発明は、
請求項７に記載の液体吐出装置において、
前記各ノズルの周辺に凹部が形成されていることを特徴としている。 The invention according to claim 8 provides:
The liquid ejection device according to claim 7, wherein
A concave portion is formed around each of the nozzles.

請求項９に記載の発明は、
請求項１〜８のいずれか一項に記載の液体吐出装置において、
前記各ノズルの先端部の表面が撥水処理されていることを特徴としている。 The invention according to claim 9 is:
In the liquid ejection device according to any one of claims 1 to 8,
The surface of the tip of each nozzle is water repellent.

請求項１０に記載の発明は、
請求項１〜９のいずれか一項に記載の液体吐出装置において、
前記基材を介して前記各ノズルに対向する対向電極を備え、
前記対向電極が平板形状又はドラム形状を呈していることを特徴としている。 The invention according to claim 10 is:
In the liquid ejection device according to any one of claims 1 to 9,
A counter electrode facing each of the nozzles via the base material;
The counter electrode has a flat plate shape or a drum shape.

請求項１１に記載の発明は、
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の液体吐出装置において、
前記各ノズルの内径が１０μｍ以下であることを特徴としている。 The invention according to claim 11
In the liquid ejection device according to any one of claims 1 to 10,
The inner diameter of each nozzle is 10 μm or less.

請求項１２に記載の発明は、
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の液体吐出装置において、
前記各ノズルの内径が４μｍ以下であることを特徴としている。 The invention according to claim 12
In the liquid ejection device according to any one of claims 1 to 10,
The inner diameter of each nozzle is 4 μm or less.

請求項１３に記載の発明は、
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の液体吐出装置において、
前記各ノズルの内径が０．１μｍ以上で１μｍ未満であることを特徴としている。 The invention according to claim 13
In the liquid ejection device according to any one of claims 1 to 10,
The inner diameter of each nozzle is 0.1 μm or more and less than 1 μm.

請求項１〜１３に記載の発明では、ノズルが導体又は半導体で構成され、その表面が絶縁膜で被覆されているため、吐出しようとする溶液とノズルとの間が絶縁膜で電気的に遮断され、絶縁膜の膜厚やノズルの導体又は半導体部位の導電率のバラツキに左右されずに、ノズルごとにその先端部に電界を集中させることができる。これにより、吐出電圧の低電圧化を図ることができるとともに、ノズル同士で起こるクロストークを抑えてノズルの高密度化を図ることができる。 In the first to thirteenth aspects of the present invention, the nozzle is made of a conductor or a semiconductor, and the surface thereof is covered with an insulating film. Therefore, the insulating film electrically cuts off the solution to be discharged and the nozzle. In addition, the electric field can be concentrated at the tip of each nozzle without being affected by variations in the film thickness of the insulating film or the conductivity of the nozzle conductor or semiconductor portion. As a result, the discharge voltage can be lowered, and the crosstalk that occurs between the nozzles can be suppressed to increase the density of the nozzles.

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されない。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the scope of the invention is not limited to the illustrated examples.

（液体吐出装置の全体構成）
図１は本発明に係る液体吐出装置２０の断面図である。
液体吐出装置２０は、帯電可能な溶液の液滴をその先端部２１ａから吐出する超微細径のノズル２１を有する液体吐出ヘッド２６と、ノズル２１の先端部２１ａに対向してその対向面で液滴の着弾を受ける基材Ｋを支持する対向電極２３と、ノズル２１内の流路２２に溶液を供給する溶液供給手段２９と、ノズル２１内の溶液に吐出電圧を印加する吐出電圧印加手段２５と、ノズル２１内の溶液が当該ノズル２１の先端部２１ａから凸状に盛り上がった状態を形成する凸状メニスカス形成手段４０と、凸状メニスカス形成手段４０の駆動電圧の印加及び吐出電圧印加手段２５による吐出電圧の印加を制御する動作制御手段５０とを、備えている。 (Overall configuration of liquid ejection device)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a liquid ejection device 20 according to the present invention.
The liquid ejection device 20 has a liquid ejection head 26 having an ultra-fine nozzle 21 that ejects droplets of a chargeable solution from its tip 21a, and a liquid on the opposite surface facing the tip 21a of the nozzle 21. The counter electrode 23 that supports the base material K that receives the droplet landing, the solution supply means 29 that supplies the solution to the flow path 22 in the nozzle 21, and the discharge voltage application means 25 that applies the discharge voltage to the solution in the nozzle 21. And a convex meniscus forming means 40 that forms a state in which the solution in the nozzle 21 bulges from the tip 21 a of the nozzle 21, and the application of the drive voltage and the discharge voltage applying means 25 of the convex meniscus forming means 40. And an operation control means 50 for controlling the application of the discharge voltage.

ノズル２１は液体吐出ヘッド２６に対し複数設けられており、各ノズル２１が同一平面上に同一方向に向けられた状態で設けられている。これに伴い、溶液供給手段２９は、各ノズル２１ごとに液体吐出ヘッド２６に形成され、また、凸状メニスカス形成手段４０も各ノズル２１ごとに液体吐出ヘッド２６に設けられている。その一方で、吐出電圧印加手段２５と対向電極２３とは一つのみであり、各ノズル２１に対して共用で用いられる。 A plurality of nozzles 21 are provided for the liquid ejection head 26, and each nozzle 21 is provided in a state of being directed in the same direction on the same plane. Accordingly, the solution supply means 29 is formed in the liquid discharge head 26 for each nozzle 21, and the convex meniscus forming means 40 is also provided in the liquid discharge head 26 for each nozzle 21. On the other hand, there is only one ejection voltage applying means 25 and the counter electrode 23, and they are used in common for each nozzle 21.

なお、図１では、説明の便宜上、ノズル２１の先端部２１ａが上方を向き、ノズル２１の上方に対向電極２３が配設されている状態で図示されているが、実際上は、ノズル２１が水平方向か或いはそれよりも下方、より望ましくは垂直下方に向けた状態で使用される。また、液体吐出ヘッド２６と基材Ｋとを相対的に移動位置決めする図示しない位置決め手段により液体吐出ヘッド２６と基材Ｋとがそれぞれ搬送され、これにより液体吐出ヘッド２６の各ノズル２１から吐出される液滴が基材Ｋの表面上の任意の位置に着弾可能となっている。 In FIG. 1, for convenience of explanation, the tip 21 a of the nozzle 21 faces upward, and the counter electrode 23 is disposed above the nozzle 21. It is used in the state of being directed horizontally or downward, more preferably vertically downward. Further, the liquid discharge head 26 and the base material K are respectively conveyed by positioning means (not shown) that relatively moves and positions the liquid discharge head 26 and the base material K, and are thereby discharged from the nozzles 21 of the liquid discharge head 26. The droplet can land on an arbitrary position on the surface of the substrate K.

（ノズル）
上記各ノズル２１は、後述するノズルプレート２６ｃと共に一体的に形成されており、当該ノズルプレート２６ｃの平板面（図１中ノズルプレート２６ｃの上面を示す。以下「ノズル面２６ｅ」という。）から液滴の吐出方向に向けて垂直に突出している。液滴の吐出時において、各ノズル２１は、基材Ｋの受け面（液滴が着弾する面）に対して垂直に向けて使用される。 (nozzle)
Each of the nozzles 21 is integrally formed with a nozzle plate 26c described later, and liquid is formed from a flat plate surface of the nozzle plate 26c (the upper surface of the nozzle plate 26c in FIG. 1 is referred to as “nozzle surface 26e” hereinafter). It protrudes vertically toward the droplet ejection direction. When discharging droplets, each nozzle 21 is used so as to be perpendicular to the receiving surface of the substrate K (the surface on which the droplets land).

各ノズル２１の内部にはその先端部２１ａからノズル２１の中心に沿って貫通する流路２２が形成されている。流路２２は後述の溶液室２４に連通するものであり、当該溶液室２４からノズル２１の先端部２１ａに溶液を導くようになっている。各ノズル２１の先端部２１ａの表面と流路２２の内面とには撥水処理が施されており、ノズル２１の先端部２１ａで形成される凸状メニスカスの曲率半径をいつもノズル２１の内径Ｉｎにより近い値とすることができるような構成となっている。 Inside each nozzle 21, a flow path 22 is formed penetrating from the tip 21 a along the center of the nozzle 21. The channel 22 communicates with a solution chamber 24 described later, and guides the solution from the solution chamber 24 to the tip 21 a of the nozzle 21. The surface of the tip 21 a of each nozzle 21 and the inner surface of the flow path 22 are subjected to water repellent treatment, and the radius of curvature of the convex meniscus formed by the tip 21 a of the nozzle 21 is always set to the inner diameter In of the nozzle 21. It is the structure which can be set as the value nearer.

各ノズル２１についてさらに詳説する。
図２はノズル２１の詳細を説明するための断面斜視図である。
図２に示す通り、ノズル２１の内径（後述の絶縁膜１００の膜厚を除く。）をＩｎと、ノズル２１の外径（後述の絶縁膜１００の膜厚を除く。）をＯｕｔとしたとき、各ノズル２１は内径Ｉｎと外径Ｏｕｔとが一定の直線状を呈している。各ノズル２１の内径Ｉｎは１００［μｍ］以下となっており、好ましくは１０［μｍ］以下であるのがよく、さらに好ましくは４［μｍ］以下であるのがよく、最も好ましくは０．１［μｍ］以上で１［μｍ］未満であるのがよい。 Each nozzle 21 will be described in further detail.
FIG. 2 is a sectional perspective view for explaining the details of the nozzle 21.
As shown in FIG. 2, when the inner diameter of the nozzle 21 (excluding the film thickness of an insulating film 100 described later) is In and the outer diameter of the nozzle 21 (excluding the film thickness of an insulating film 100 described later) is Out. Each nozzle 21 has a linear shape in which the inner diameter In and the outer diameter Out are constant. The inner diameter In of each nozzle 21 is 100 [μm] or less, preferably 10 [μm] or less, more preferably 4 [μm] or less, and most preferably 0.1 [mu] m or less. It is good that it is [μm] or more and less than 1 [μm].

ノズル２１の高さ（後述の絶縁膜１００の膜厚を除く。）をＨとしたとき、各ノズル２１の高さＨは３０［μｍ］以下となっており、好ましくは３［μｍ］以上で１０［μｍ］未満であるのがよい。周知の静電式液体吐出装置では、ノズルと対向電極との間に電界を形成すること及び溶液を帯電させることにより、ノズルの先端部の端面に溶液が濡れ広がる力（エレクトロウェティング）が作用するため、溶液の滲み出し現象が発生してノズルの先端部に電界を集中させることができず、その結果吐出不良を招く可能性があるが、本発明に係る液体吐出装置２０では、ノズルの高さＨが３０［μｍ］以下とその突出量が非常に微小であるため、溶液の滲み出し現象を有効に抑制することができる。そして、それを実現できるノズル２１の高さＨとして、最低でも３［μｍ］は必要とされる。 When the height of the nozzles 21 (excluding the film thickness of an insulating film 100 described later) is H, the height H of each nozzle 21 is 30 [μm] or less, preferably 3 [μm] or more. It should be less than 10 [μm]. In a known electrostatic liquid ejection device, an electric field is formed between the nozzle and the counter electrode and the solution is charged, so that a force (electrowetting) that the solution spreads on the end face of the nozzle tip acts. Therefore, the phenomenon of the solution oozing out may occur and the electric field cannot be concentrated on the tip of the nozzle, resulting in a discharge failure. However, in the liquid discharge device 20 according to the present invention, the nozzle Since the height H is 30 [μm] or less and the amount of protrusion is very small, it is possible to effectively suppress the solution bleeding phenomenon. Further, at least 3 [μm] is required as the height H of the nozzle 21 capable of realizing this.

なお、各ノズル２１は、必ずしも外径Ｏｕｔと内径Ｉｎとが一定である必要はなく、外径Ｏｕｔ又は内径Ｉｎの少なくとも一方が対向電極２３に向けてテーパ状に形成されてもよい。また、流路２２の後述する溶液室２４に通じる端部に関し、図３（Ａ）に示すように、流路２２の後述する溶液室２４側の端部における断面形状が丸みを帯びて形成されていてもよいし、図３（Ｂ）に示すように、流路２２の後述する溶液室２４側の端部のみがテーパ周面形状に形成されると共に当該テーパ周面よりも先端部２１ａ側は内径Ｉｎが一定の直線状に形成されていてもよい。 Each nozzle 21 does not necessarily have a constant outer diameter Out and inner diameter In, and at least one of the outer diameter Out and the inner diameter In may be tapered toward the counter electrode 23. Further, as shown in FIG. 3A, with respect to the end portion of the flow path 22 that leads to the solution chamber 24 described later, the cross-sectional shape at the end portion of the flow path 22 on the solution chamber 24 side described later is rounded. Alternatively, as shown in FIG. 3B, only the end portion of the flow path 22 on the solution chamber 24 side described later is formed in a tapered circumferential surface shape, and the tip end portion 21a side of the tapered circumferential surface. May be formed in a straight line having a constant inner diameter In.

（溶液供給手段）
各溶液供給手段２９は、液体吐出ヘッド２６の内部であって対応するノズル２１の基端部側に設けられると共に流路２２に連通する溶液室２４と、図示しない外部の溶液タンクから溶液室２４に溶液を導く供給路２７と、溶液室２４への溶液の供給圧力を付与する図示しない供給ポンプとを、備えている。 (Solution supply means)
Each solution supply means 29 is provided inside the liquid discharge head 26 and on the base end side of the corresponding nozzle 21 and communicates with the flow path 22, and from an external solution tank (not shown) to the solution chamber 24. And a supply pump 27 (not shown) that applies a supply pressure of the solution to the solution chamber 24.

上記供給ポンプは、ノズル２１の先端部２１ａまで溶液を供給し、凸状メニスカス形成手段４０の非作動時であって吐出電圧印加手段２５の非作動時において、各ノズル２１の先端部２１ａから外部に現れない範囲（凸状メニスカスを形成しない範囲）の供給圧力を維持して溶液の供給を行うようになっている。 The supply pump supplies the solution to the tip 21 a of the nozzle 21, and from the tip 21 a of each nozzle 21 to the outside when the convex meniscus forming means 40 is inactive and the discharge voltage applying means 25 is not in operation. The solution is supplied while maintaining the supply pressure in a range that does not appear in (a range in which no convex meniscus is formed).

なお、上記供給ポンプとは、液体吐出ヘッド２６と供給タンクの配置位置による差圧を利用する場合も含み、別途、溶液供給手段を設けなくとも溶液供給路のみで構成してもよい。ポンプシステムの設計にもよるが、基本的にはスタート時に液体吐出ヘッド２６に溶液を供給するときに稼動し、液体吐出ヘッド２６から液体を吐出し、それに応じた溶液の供給は、キャピラリ及び凸状メニスカス形成手段４０による液体吐出ヘッド２６内の容積変化及び供給ポンプの各圧力の最適化を図って溶液の供給が実施される。 The supply pump includes a case where a differential pressure due to the arrangement position of the liquid discharge head 26 and the supply tank is used, and may be configured with only a solution supply path without providing a solution supply unit. Although it depends on the design of the pump system, it is basically operated when a solution is supplied to the liquid discharge head 26 at the start, and the liquid is discharged from the liquid discharge head 26. The solution is supplied by optimizing the volume change in the liquid discharge head 26 and the pressures of the supply pump by the meniscus forming means 40.

（吐出電圧印加手段）
吐出電圧印加手段２５は、液体吐出ヘッド２６の内部であって溶液室２４と流路２２との境界位置に設けられた吐出電圧印加用の吐出電極２８と、この吐出電極２８への吐出電圧として瞬間的に立ち上がるパルス電圧を印加するパルス電圧電源３０とを、備えている。詳細は後述するが、液体吐出ヘッド２６は、各ノズル２１を形成する層と、各溶液室２４及び供給路２７を形成する層とを備えており、これらの層の境界全面に渡って吐出電極２８は設けられている。これにより、単一の吐出電極２８が全ての溶液室２４内の溶液に接液し、単一の吐出電極２８に吐出電圧を印加することで全てのノズル２１に導かれる溶液を帯電させることができるようになっている。 (Discharge voltage application means)
The discharge voltage application means 25 includes a discharge electrode 28 for applying a discharge voltage provided in a boundary position between the solution chamber 24 and the flow path 22 inside the liquid discharge head 26, and a discharge voltage to the discharge electrode 28. And a pulse voltage power supply 30 that applies a pulse voltage that rises instantaneously. Although details will be described later, the liquid discharge head 26 includes a layer that forms each nozzle 21 and a layer that forms each solution chamber 24 and the supply path 27, and discharge electrodes are formed over the entire boundary between these layers. 28 is provided. Thereby, the single discharge electrode 28 comes into contact with the solution in all the solution chambers 24, and the solution guided to all the nozzles 21 can be charged by applying the discharge voltage to the single discharge electrode 28. It can be done.

パルス電圧電源３０による吐出電圧は、凸状メニスカス形成手段４０によりノズル２１の先端部２１ａに溶液の凸状メニスカスが形成された状態で吐出が可能となる範囲の電圧を印加するようにその値が設定されている。このパルス電圧電源３０により印加を行う吐出電圧は、理論上は、次式（１）により求められる。 The discharge voltage by the pulse voltage power supply 30 is set so that a voltage in a range in which discharge is possible in a state where the convex meniscus of the solution is formed on the tip 21a of the nozzle 21 by the convex meniscus forming means 40 is applied. Is set. The discharge voltage applied by the pulse voltage power supply 30 is theoretically obtained by the following equation (1).

ただし、式（１）中、γ：溶液の表面張力（Ｎ／ｍ）、ε₀：真空の誘電率（Ｆ／ｍ）、ｄ：ノズル直径（ｍ）、ｈ：ノズル−基材間距離（ｍ）、ｋ：ノズル形状に依存する比例定数（１．５＜ｋ＜８．５）である。

In the formula (1), γ: surface tension of the solution (N / m), ε ₀ : dielectric constant (F / m) of vacuum, d: nozzle diameter (m), h: distance between nozzle and substrate ( m), k: proportional constants depending on the nozzle shape (1.5 <k <8.5).

なお、上記式（１）に示す条件は理論値であり、実際上は凸状メニスカスの形成時と非形成時とにおける試験を行って適宜な電圧値を求めてもよい。本実施形態では、一例として吐出電圧を４００［Ｖ］とする。 The condition shown in the above formula (1) is a theoretical value, and in practice, an appropriate voltage value may be obtained by performing a test when the convex meniscus is formed and when it is not formed. In this embodiment, the discharge voltage is set to 400 [V] as an example.

（液体吐出ヘッド）
液体吐出ヘッド２６は、図１において最も下層に位置し、可撓性を有する素材（例えば金属，シリコン、樹脂等）からなる可撓ベース層２６ａと、この可撓ベース層２６ａの上面全体に形成される絶縁素材からなる絶縁層２６ｄと、その上に位置する溶液の供給路を形成する流路層２６ｂと、この流路層２６ｂのさらに上に形成されるノズルプレート２６ｃとを、備えている。前述した吐出電極２８は、流路層２６ｂとノズルプレート２６ｃとの間に介挿されている。 (Liquid discharge head)
The liquid discharge head 26 is located in the lowermost layer in FIG. 1, and is formed on a flexible base layer 26a made of a flexible material (for example, metal, silicon, resin, etc.) and the entire upper surface of the flexible base layer 26a. An insulating layer 26d made of an insulating material, a flow path layer 26b that forms a solution supply path located thereon, and a nozzle plate 26c that is formed further above the flow path layer 26b. . The discharge electrode 28 described above is interposed between the flow path layer 26b and the nozzle plate 26c.

上記可撓ベース層２６ａは、上述の如く、可撓性を有する素材であればよく、例えば金属薄板を使用してもよい。このように、可撓性が要求されるのは、可撓ベース層２６ａの外面であって溶液室２４に対応する位置に、後述する凸状メニスカス形成手段４０のピエゾ素子４１を設け、可撓ベース層２６ａを撓ませるためである。即ち、ピエゾ素子４１に所定電圧を印加して、可撓ベース層２６ａを上記位置において内側又は外側のいずれにも窪ませることで溶液室２４の内部容積を縮小又は増加させ、内圧変化によりノズル２１の先端部２１ａに溶液の凸状メニスカスを形成し又は液面を内側に引き込むことを可能とするためである。 The flexible base layer 26a may be a flexible material as described above. For example, a metal thin plate may be used. In this way, flexibility is required by providing a piezo element 41 of a convex meniscus forming means 40 described later at a position corresponding to the solution chamber 24 on the outer surface of the flexible base layer 26a. This is because the base layer 26a is bent. In other words, a predetermined voltage is applied to the piezo element 41, and the flexible base layer 26a is recessed inwardly or outwardly at the above position, thereby reducing or increasing the internal volume of the solution chamber 24, and changing the internal pressure changes the nozzle 21. This is because it is possible to form a convex meniscus of the solution at the tip 21a or to draw the liquid surface inward.

可撓ベース層２６ａの上面には、絶縁性の高い樹脂を膜状にした絶縁層２６ｄが形成されている。絶縁層２６ｄは、可撓ベース層２６ａが窪むことを妨げないように十分に薄く形成されるか、より変形が容易な樹脂素材が使用される。 On the upper surface of the flexible base layer 26a, an insulating layer 26d formed of a highly insulating resin is formed. The insulating layer 26d is formed to be sufficiently thin so as not to prevent the flexible base layer 26a from being depressed, or a resin material that can be more easily deformed is used.

絶縁層２６ｄの上には絶縁樹脂層が形成されている。この絶縁樹脂層は、溶解可能な樹脂層を形成すると共に供給路２７及び溶液室２４を形成するための所定のパターンに従う部分のみを残して除去し、当該残存部を除いて除去された部分に形成されたものであり、当該絶縁樹脂層が流路層２６ｂとなっている。そして、この絶縁樹脂層の上面に面状に広がりをもって導電素材（例えばＮｉＰ）のメッキにより吐出電極２８が形成されている。 An insulating resin layer is formed on the insulating layer 26d. This insulating resin layer forms a dissolvable resin layer and removes only a portion following a predetermined pattern for forming the supply path 27 and the solution chamber 24, and removes the remaining portion except the remaining portion. The insulating resin layer is formed as a flow path layer 26b. A discharge electrode 28 is formed by plating a conductive material (for example, NiP) having a planar spread on the upper surface of the insulating resin layer.

吐出電極２８上にはノズルプレート２６ｃが形成されており、ノズルプレート２６ｃに対し各ノズル２１が一体に形成されている。ノズル２１及びノズルプレート２６ｃは、Ｓｉのような半導体、又はＮｉ、ＳＵＳ等のような導体で構成されている。図２に示す通り、ノズル２１及びノズルプレート２６ｃは表面が絶縁膜１００で完全に被覆されている。絶縁膜１００はノズル２１及びノズルプレート２６ｃの表面全てを被覆しており、ノズルプレート２６ｃが吐出電極２８と対向する面や各流路２２の内面も被覆している。具体的に、絶縁膜１００は、導電率が１×１０^-12Ｓ／ｍ以下の絶縁性材料（例えば樹脂）から構成された薄膜であって、膜厚が０．２μｍ以上で５μｍ以下のものである。このように、ノズル２１及びノズルプレート２６ｃの表面を絶縁膜１００で被覆することにより、溶液に対する吐出電圧印加時において、ノズル２１の先端部２１ａから対向電極２３への電流のリークを効果的に抑制することができる。また、絶縁膜１００により、溶液と各ノズル２１の先端部２１ａ（半導体又は導体の部位）との間を一定電圧に保持でき、各ノズル２１の先端部２１ａに集中する電界強度を向上させることができる。 A nozzle plate 26c is formed on the discharge electrode 28, and each nozzle 21 is formed integrally with the nozzle plate 26c. The nozzle 21 and the nozzle plate 26c are made of a semiconductor such as Si or a conductor such as Ni or SUS. As shown in FIG. 2, the surfaces of the nozzle 21 and the nozzle plate 26 c are completely covered with the insulating film 100. The insulating film 100 covers the entire surface of the nozzle 21 and the nozzle plate 26 c, and the nozzle plate 26 c also covers the surface facing the ejection electrode 28 and the inner surface of each flow path 22. Specifically, the insulating film 100 is a thin film made of an insulating material (for example, resin) having a conductivity of 1 × 10 ⁻¹² S / m or less and having a film thickness of 0.2 μm or more and 5 μm or less. It is. In this way, by covering the surfaces of the nozzle 21 and the nozzle plate 26c with the insulating film 100, current leakage from the tip 21a of the nozzle 21 to the counter electrode 23 is effectively suppressed when a discharge voltage is applied to the solution. can do. Further, the insulating film 100 can maintain a constant voltage between the solution and the tip 21a (semiconductor or conductor portion) of each nozzle 21 and improve the electric field strength concentrated on the tip 21a of each nozzle 21. it can.

ノズル２１及びノズルプレート２６ｃを絶縁膜１００で被覆する方法としては、シリコン製のノズルプレート２６ｃ及びノズル２１に対し熱酸化処理を施してそれら全体を酸化シリコンで被覆する方法や、金属製のノズルプレート２６ｃ及びノズル２１に対し浸漬法や電着法による処理を施してそれら全体を樹脂で被覆する方法等がある。 As a method of covering the nozzle 21 and the nozzle plate 26c with the insulating film 100, a method in which the silicon nozzle plate 26c and the nozzle 21 are subjected to a thermal oxidation process and the whole is covered with silicon oxide, or a metal nozzle plate. 26c and nozzle 21 may be treated by dipping or electrodeposition to coat them entirely with resin.

なお、上記では、各ノズル２１の先端部２１ａの表面と流路２２の内面とに撥水処理が施されている旨記載したが、この撥水処理は詳細には絶縁膜１００上に施されており、絶縁膜１００上に撥水膜が成膜されている。ただし、当該撥水膜は成膜されてなくてもよい。 In the above description, it has been described that the water repellent treatment is applied to the surface of the tip 21 a of each nozzle 21 and the inner surface of the flow path 22, but this water repellent treatment is specifically applied to the insulating film 100. A water repellent film is formed on the insulating film 100. However, the water repellent film may not be formed.

また、液体吐出ヘッド２６では、図１に示す通り、上記吐出電極２８とノズルプレート２６ｃ（半導体又は導体の部位）との間に電圧を印加可能な構成となっており、各ノズル２１がノズルプレート２６ｃと一体に形成されていることから、各溶液室２４の溶液と各ノズル２１との間に電圧が印加されるようになっている。具体的に液体吐出ヘッド２６では、吐出電極２８と各ノズル２１との間に１０Ｖ以上の電圧が印加されるようになっている。このように吐出電極２８と各ノズル２１との間に電圧を印加可能な構成とすることにより、各ノズル２１の加工バラツキや操作条件の影響を受けずに、溶液と各ノズル２１との間を一定電圧に保持することができるため、各ノズル２１の先端部２１ａにおいて電界強度を安定的に向上させることができるとともに、互いに隣り合うノズル２１同士の間の電圧を一定に保持してノズル２１同士で起こるクロストークを低減することができる。 Further, as shown in FIG. 1, the liquid discharge head 26 has a configuration in which a voltage can be applied between the discharge electrode 28 and the nozzle plate 26c (semiconductor or conductor portion), and each nozzle 21 has a nozzle plate. Since it is formed integrally with 26 c, a voltage is applied between the solution in each solution chamber 24 and each nozzle 21. Specifically, in the liquid ejection head 26, a voltage of 10 V or more is applied between the ejection electrode 28 and each nozzle 21. By adopting a configuration in which a voltage can be applied between the discharge electrode 28 and each nozzle 21 in this way, there is no influence of processing variations or operation conditions of each nozzle 21, so that there is no gap between the solution and each nozzle 21. Since it can be held at a constant voltage, the electric field strength can be stably improved at the tip 21a of each nozzle 21, and the voltage between the nozzles 21 adjacent to each other can be kept constant to keep the nozzles 21 to each other. Can reduce crosstalk.

（対向電極）
対向電極２３は、平板形状を呈した電極であって、ノズル２１の突出方向に垂直な対向面を備えており、かかる対向面に沿うように基材Ｋを支持するようになっている。ノズル２１の先端部２１ａから対向電極２３の対向面までの距離は、５００［μｍ］以下が好ましく、さらには１００［μｍ］以下が好ましく、一例としては１００［μｍ］に設定される。また、対向電極２３は接地されており、常時、接地電位を維持している。従って、ノズル２１の先端部２１ａと対向電極２３の対向面との間に生じる電界による静電力により吐出された液滴を対向電極２３側に誘導する。 (Counter electrode)
The counter electrode 23 is an electrode having a flat plate shape, and includes a counter surface perpendicular to the protruding direction of the nozzle 21, and supports the base material K along the counter surface. The distance from the tip 21a of the nozzle 21 to the facing surface of the counter electrode 23 is preferably 500 [μm] or less, more preferably 100 [μm] or less, and is set to 100 [μm] as an example. The counter electrode 23 is grounded and always maintains the ground potential. Accordingly, the liquid droplets discharged by the electrostatic force generated by the electric field generated between the tip 21 a of the nozzle 21 and the opposing surface of the counter electrode 23 are guided to the counter electrode 23 side.

なお、液体吐出装置２０は、ノズル２１の超微細化による当該ノズル２１の先端部２１ａでの電界集中により電界強度を高めることで液滴の吐出を行うことから、対向電極２３による誘導がなくとも液滴の吐出を行うことは可能ではあるが、ノズル２１と対向電極２３との間での静電力による誘導が行われた方が望ましい。また、帯電した液滴の電荷を対向電極２３の接地により逃がすことも可能である。更に、対向電極２３は、必ずしも平板形状を呈するものである必要はなく、例えばドラム形状を呈するものであってもよい。 Note that the liquid ejection device 20 ejects droplets by increasing the electric field strength by concentrating the electric field at the tip 21a of the nozzle 21 due to the ultra-miniaturization of the nozzle 21, so that there is no guidance by the counter electrode 23. Although it is possible to discharge droplets, it is desirable that induction by electrostatic force is performed between the nozzle 21 and the counter electrode 23. In addition, the charge of the charged droplet can be released by grounding the counter electrode 23. Furthermore, the counter electrode 23 does not necessarily have a flat plate shape, and may have, for example, a drum shape.

（凸状メニスカス形成手段）
各凸状メニスカス形成手段４０は、液体吐出ヘッド２６の可撓ベース層２６ａの外側面（図１における下面）であって溶液室２４に対応する位置に設けられた圧電素子としてのピエゾ素子４１と、このピエゾ素子４１を変形させるために瞬間的に立ち上げられる駆動パルス電圧を印加する駆動電圧電源４２とを、備えている。 (Convex meniscus forming means)
Each convex meniscus forming means 40 includes a piezoelectric element 41 as a piezoelectric element provided at a position corresponding to the solution chamber 24 on the outer surface (lower surface in FIG. 1) of the flexible base layer 26 a of the liquid ejection head 26. A drive voltage power source 42 for applying a drive pulse voltage that is instantaneously raised to deform the piezo element 41 is provided.

ピエゾ素子４１は、駆動パルス電圧の印加を受けて可撓ベース層２６ａを内側又は外側のいずれにも窪ませる方向に変形を生じるように当該可撓ベース層２６ａに装着されている。 The piezo element 41 is attached to the flexible base layer 26a so as to be deformed in a direction in which the flexible base layer 26a is depressed inwardly or outwardly upon application of a driving pulse voltage.

駆動電圧電源４２は、動作制御手段５０の制御により、流路２２内の溶液がノズル２１の先端部２１ａにおいて凸状のメニスカスを形成していない状態（図４（Ａ）参照）から凸状にメニスカスを形成する状態（図４（Ｂ）参照）となるために適当な溶液室２４の容積の減少をピエゾ素子４１がもたらすための適当な値の駆動パルス電圧（例えば１０［Ｖ］）を出力するようになっている。 The drive voltage power supply 42 is convex from the state where the solution in the flow path 22 does not form a convex meniscus at the tip 21 a of the nozzle 21 (see FIG. 4A), under the control of the operation control means 50. A drive pulse voltage (for example, 10 [V]) having an appropriate value for causing the piezoelectric element 41 to reduce the volume of the appropriate solution chamber 24 in order to be in a state where a meniscus is formed (see FIG. 4B) is output. It is supposed to be.

（溶液）
上記液体吐出装置２０による吐出を行う溶液の例としては、無機液体としては、水、ＣＯＣｌ₂、ＨＢｒ、ＨＮＯ₃、Ｈ₃ＰＯ₄、Ｈ₂ＳＯ₄、ＳＯＣｌ₂、ＳＯ₂Ｃｌ₂、ＦＳＯ₃Ｈなどが挙げられる。有機液体としては、メタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、２−メチル−１−プロパノール、ｔｅｒｔ−ブタノール、４−メチル−２−ペンタノール、ベンジルアルコール、α−テルピネオール、エチレングリコール、グリセリン、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールなどのアルコール類；フェノール、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール、などのフェノール類；ジオキサン、フルフラール、エチレングリコールジメチルエーテル、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、エピクロロヒドリンなどのエーテル類；アセトン、メチルエチルケトン、２−メチル−４−ペンタノン、アセトフェノンなどのケトン類；ギ酸、酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸などの脂肪酸類；ギ酸メチル、ギ酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸−ｎ−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸−３−メトキシブチル、酢酸−ｎ−ペンチル、プロピオン酸エチル、乳酸エチル、安息香酸メチル、マロン酸ジエチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、炭酸ジエチル、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、セロソルブアセテート、ブチルカルビトールアセテート、アセト酢酸エチル、シアノ酢酸メチル、シアノ酢酸エチルなどのエステル類；ニトロメタン、ニトロベンゼン、アセトニトリル、プロピオニトリル、スクシノニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル、エチルアミン、ジエチルアミン、エチレンジアミン、アニリン、Ｎ−メチルアニリン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリン、ｏ−トルイジン、ｐ−トルイジン、ピペリジン、ピリジン、α−ピコリン、２，６−ルチジン、キノリン、プロピレンジアミン、ホルムアミド、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルホルムアミド、アセトアミド、Ｎ−メチルアセトアミド、Ｎ−メチルプロピオンアミド、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル尿素、Ｎ−メチルピロリドンなどの含窒素化合物類；ジメチルスルホキシド、スルホランなどの含硫黄化合物類；ベンゼン、ｐ−シメン、ナフタレン、シクロヘキシルベンゼン、シクロヘキセンなどの炭化水素類；１，１−ジクロロエタン、１，２−ジクロロエタン、１，１，１−トリクロロエタン、１，１，１，２−テトラクロロエタン、１，１，２，２−テトラクロロエタン、ペンタクロロエタン、１，２−ジクロロエチレン（ｃｉｓ−）、テトラクロロエチレン、２−クロロブタン、１−クロロ−２−メチルプロパン、２−クロロ−２−メチルプロパン、ブロモメタン、トリブロモメタン、１−ブロモプロパンなどのハロゲン化炭化水素類、などが挙げられる。また、上記各液体を二種以上混合して溶液として用いてもよい。 (solution)
Examples of the solution discharged by the liquid discharge device 20 include inorganic liquids such as water, COCl ₂ , HBr, HNO ₃ , H ₃ PO ₄ , H ₂ SO ₄ , SOCl ₂ , SO ₂ Cl ₂ , and FSO _3. H etc. are mentioned. Examples of the organic liquid include methanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, 2-methyl-1-propanol, tert-butanol, 4-methyl-2-pentanol, benzyl alcohol, α-terpineol, ethylene glycol, glycerin, Alcohols such as diethylene glycol and triethylene glycol; phenols such as phenol, o-cresol, m-cresol, and p-cresol; dioxane, furfural, ethylene glycol dimethyl ether, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, ethyl carbitol, butyl Ethers such as carbitol, butyl carbitol acetate, epichlorohydrin; acetone, methyl ethyl ketone, 2-methyl-4-pentanone, aceto Ketones such as enone; fatty acids such as formic acid, acetic acid, dichloroacetic acid, trichloroacetic acid; methyl formate, ethyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, acetic acid-n-butyl, isobutyl acetate, acetic acid-3-methoxybutyl, acetic acid- n-pentyl, ethyl propionate, ethyl lactate, methyl benzoate, diethyl malonate, dimethyl phthalate, diethyl phthalate, diethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, cellosolve acetate, butyl carbitol acetate, ethyl acetoacetate, cyanoacetic acid Esters such as methyl and ethyl cyanoacetate; nitromethane, nitrobenzene, acetonitrile, propionitrile, succinonitrile, valeronitrile, benzonitrile, ethylamine, diethylamine, ethylenediamine, aniline, N-methylaniline, N, N-dimethylaniline, o-toluidine, p-toluidine, piperidine, pyridine, α-picoline, 2,6-lutidine, quinoline, propylenediamine, formamide, N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, N, Nitrogen-containing compounds such as N-diethylformamide, acetamide, N-methylacetamide, N-methylpropionamide, N, N, N ′, N′-tetramethylurea and N-methylpyrrolidone; dimethylsulfoxide, sulfolane and the like Sulfur compounds; hydrocarbons such as benzene, p-cymene, naphthalene, cyclohexylbenzene, cyclohexene; 1,1-dichloroethane, 1,2-dichloroethane, 1,1,1-trichloroethane, 1,1,1,2- Tetrachloroethane, 1,1,2,2-tetrachloro Loethane, pentachloroethane, 1,2-dichloroethylene (cis-), tetrachloroethylene, 2-chlorobutane, 1-chloro-2-methylpropane, 2-chloro-2-methylpropane, bromomethane, tribromomethane, 1-bromopropane, etc. And halogenated hydrocarbons. Two or more of the above liquids may be mixed and used as a solution.

さらに、高電気伝導率の物質（銀粉等）が多く含まれるような導電性ペーストを溶液として使用し、吐出を行う場合には、上述した液体に溶解又は分散させる目的物質としては、ノズルで目詰まりを発生するような粗大粒子を除けば、特に制限されない。ＰＤＰ、ＣＲＴ、ＦＥＤなどの蛍光体としては、従来より知られているものを特に制限なく用いることができる。例えば、赤色蛍光体として、（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ₃：Ｅｕ、ＹＯ₃：Ｅｕなど、緑色蛍光体として、Ｚｎ₂ＳｉＯ₄：Ｍｎ、ＢａＡｌ₁₂Ｏ₁₉：Ｍｎ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｍｇ）Ｏ・α−Ａｌ₂Ｏ₃：Ｍｎなど、青色蛍光体として、ＢａＭｇＡｌ₁₄Ｏ₂₃：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕなどが挙げられる。上記の目的物質を記録媒体上に強固に接着させるために、各種バインダーを添加するのが好ましい。用いられるバインダーとしては、例えば、エチルセルロース、メチルセルロース、ニトロセルロース、酢酸セルロース、ヒドロキシエチルセルロース等のセルロースおよびその誘導体；アルキッド樹脂；ポリメタクリタクリル酸、ポリメチルメタクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート・メタクリル酸共重合体、ラウリルメタクリレート・２−ヒドロキシエチルメタクリレート共重合体などの（メタ）アクリル樹脂およびその金属塩；ポリＮ−イソプロピルアクリルアミド、ポリＮ，Ｎ−ジメチルアクリルアミドなどのポリ（メタ）アクリルアミド樹脂；ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン共重合体、スチレン・マレイン酸共重合体、スチレン・イソプレン共重合体などのスチレン系樹脂；スチレン・ｎ−ブチルメタクリレート共重合体などのスチレン・アクリル樹脂；飽和、不飽和の各種ポリエステル樹脂；ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂；ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等のハロゲン化ポリマー；ポリ酢酸ビニル、塩化ビニル・酢酸ビニル共重合体等のビニル系樹脂；ポリカーボネート樹脂；エポキシ系樹脂；ポリウレタン系樹脂；ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール、ポリビニルアセタール等のポリアセタール樹脂；エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合樹脂などのポリエチレン系樹脂；ベンゾグアナミン等のアミド樹脂；尿素樹脂；メラミン樹脂；ポリビニルアルコール樹脂及びそのアニオンカチオン変性；ポリビニルピロリドンおよびその共重合体；ポリエチレンオキサイド、カルボキシル化ポリエチレンオキサイド等のアルキレンオキシド単独重合体、共重合体及び架橋体；ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのポリアルキレングリコール；ポリエーテルポリオール；ＳＢＲ、ＮＢＲラテックス；デキストリン；アルギン酸ナトリウム；ゼラチン及びその誘導体、カゼイン、トロロアオイ、トラガントガム、プルラン、アラビアゴム、ローカストビーンガム、グアガム、ペクチン、カラギニン、にかわ、アルブミン、各種澱粉類、コーンスターチ、こんにゃく、ふのり、寒天、大豆蛋白等の天然或いは半合成樹脂；テルペン樹脂；ケトン樹脂；ロジン及びロジンエステル；ポリビニルメチルエーテル、ポリエチレンイミン、ポリスチレンスルフォン酸、ポリビニルスルフォン酸などを用いることができる。これらの樹脂は、ホモポリマーとしてだけでなく、相溶する範囲でブレンドして用いてもよい。 Further, when a conductive paste containing a large amount of a substance having high electrical conductivity (silver powder or the like) is used as a solution and discharging is performed, the target substance to be dissolved or dispersed in the above-described liquid is a nozzle. There is no particular limitation except for coarse particles that cause clogging. Conventionally known phosphors such as PDP, CRT, FED and the like can be used without particular limitation. For example, (Y, Gd) BO ₃ : Eu, YO ₃ : Eu, etc. as red phosphors, and Zn ₂ SiO ₄ : Mn, BaAl ₁₂ O ₁₉ : Mn, (Ba, Sr, Mg) O as green phosphors. _{_{· α-Al 2 O 3:}} Mn , etc., as a blue _{_{phosphor, BaMgAl 14 O 23: Eu,}} BaMgAl 10 O 17: Eu and the like. Various binders are preferably added in order to firmly adhere the target substance to the recording medium. Examples of the binder to be used include celluloses such as ethyl cellulose, methyl cellulose, nitrocellulose, cellulose acetate, and hydroxyethyl cellulose and derivatives thereof; alkyd resins; polymethacrylic acid, polymethyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate / methacrylic acid copolymer (Meth) acrylic resins such as lauryl methacrylate / 2-hydroxyethyl methacrylate copolymer and metal salts thereof; poly (meth) acrylamide resins such as poly N-isopropylacrylamide and poly N, N-dimethylacrylamide; polystyrene, acrylonitrile Styrene resins such as styrene copolymers, styrene / maleic acid copolymers, styrene / isoprene copolymers; styrene / n-butyl methacrylate Styrene and acrylic resins such as copolymer; Saturated and unsaturated polyester resins; Polyolefin resins such as polypropylene; Halogenated polymers such as polyvinyl chloride and polyvinylidene chloride; Polyvinyl acetate, polyvinyl chloride and vinyl acetate Polyvinyl resins such as polymers; Polycarbonate resins; Epoxy resins; Polyurethane resins; Polyacetal resins such as polyvinyl formal, polyvinyl butyral, and polyvinyl acetal; Polyethylene such as ethylene / vinyl acetate copolymer and ethylene / ethyl acrylate copolymer resin Resin; Amide resin such as benzoguanamine; Urea resin; Melamine resin; Polyvinyl alcohol resin and its anionic cation modification; Polyvinylpyrrolidone and its copolymer; Polyethylene oxide, carboxyl Alkylene oxide homopolymers, copolymers and cross-linked products such as polyethylene oxide; Polyalkylene glycols such as polyethylene glycol and polypropylene glycol; Polyether polyols; SBR, NBR latex; Dextrin; Sodium alginate; Gelatin and its derivatives; Natural or semi-synthetic resins such as tragacanth gum, pullulan, gum arabic, locust bean gum, guar gum, pectin, carrageenin, glue, albumin, various starches, corn starch, konjac, fungi, agar, soybean protein; terpene resin; ketone resin; Rosin and rosin ester; polyvinyl methyl ether, polyethyleneimine, polystyrene sulfonic acid, polyvinyl sulfonic acid and the like can be used. These resins may be used not only as a homopolymer but also as a blend within a compatible range.

液体吐出装置２０をパターンニング方法として使用する場合には、代表的なものとしてはディスプレイ用途に使用することができる。具体的には、プラズマディスプレイの蛍光体の形成、プラズマディスプレイのリブの形成、プラズマディスプレイの電極の形成、ＣＲＴの蛍光体の形成、ＦＥＤ（フィールドエミッション型ディスプレイ）の蛍光体の形成、ＦＥＤのリブの形成、液晶ディスプレイ用カラーフィルター（ＲＧＢ着色層、ブラックマトリクス層）、液晶ディスプレイ用スペーサー（ブラックマトリクスに対応したパターン、ドットパターン等）などが挙げることができる。ここでいうリブとは一般的に障壁を意味し、プラズマディスプレイを例に取ると各色のプラズマ領域を分離するために用いられる。その他の用途としては、マイクロレンズ、半導体用途として磁性体、強誘電体、導電性ペースト（配線、アンテナ）などのパターンニング塗布、グラフィック用途としては、通常印刷、特殊媒体（フィルム、布、鋼板など）への印刷、曲面印刷、各種印刷版の刷版、加工用途としては粘着材、封止材などの本発明を用いた塗布、バイオ、医療用途としては医薬品（微量の成分を複数混合するような）、遺伝子診断用試料等の塗布等に応用することができる。 When the liquid ejection device 20 is used as a patterning method, it can be typically used for display applications. Specifically, plasma display phosphor formation, plasma display rib formation, plasma display electrode formation, CRT phosphor formation, FED (field emission display) phosphor formation, FED rib Formation, color filters for liquid crystal displays (RGB colored layer, black matrix layer), spacers for liquid crystal display (patterns corresponding to black matrix, dot patterns, etc.) and the like. Here, the rib generally means a barrier, and when a plasma display is taken as an example, it is used to separate plasma regions of respective colors. Other applications include micro lenses, semiconductor coatings such as magnetic materials, ferroelectrics, conductive paste (wiring, antenna), etc., and graphic applications such as normal printing, special media (films, cloth, steel plates, etc.) ) Printing, curved surface printing, printing plates of various printing plates, application using the present invention such as adhesives and sealing materials for processing applications, biopharmaceuticals for medical applications (mixing multiple trace components) N), it can be applied to the application of a sample for genetic diagnosis.

（動作制御手段）
動作制御手段５０は、実際的にはＣＰＵ５１，ＲＯＭ５２，ＲＡＭ５３等を含む演算装置を有する構成であり、これらに所定のプログラムが入力されることにより、下記に示す機能的な構成を実現すると共に後述する動作制御を実行するようになっている。 (Operation control means)
The operation control means 50 is actually a configuration having an arithmetic unit including a CPU 51, a ROM 52, a RAM 53, and the like, and a predetermined program is input to them to realize the functional configuration shown below and to be described later. The operation control to perform is performed.

上記動作制御手段５０は、各凸状メニスカス形成手段４０のパルス電圧電源４２のパルス電圧出力制御と吐出電圧印加手段２５のパルス電圧電源３０のパルス電圧出力制御とを行うようになっている。 The operation control means 50 performs pulse voltage output control of the pulse voltage power supply 42 of each convex meniscus forming means 40 and pulse voltage output control of the pulse voltage power supply 30 of the discharge voltage applying means 25.

まず、動作制御手段５０のＣＰＵ５１はＲＯＭ５２に格納された電源制御プログラムにより、溶液の吐出を行う場合に、対象となる凸状メニスカス形成手段４０のパルス電圧電源４２を先行させてパルス電圧出力状態とし、その後に吐出電圧印加手段２５のパルス電圧電源３０のパルス電圧出力状態とする制御を行う。このとき、先行する凸状メニスカス形成手段４０の駆動電圧としてのパルス電圧は、吐出電圧印加手段２５のパルス電圧と重複するように制御される（図５参照）。そして、当該重複したタイミングで液滴の吐出が行われる。 First, when the CPU 51 of the operation control means 50 discharges the solution according to the power supply control program stored in the ROM 52, the pulse voltage power supply 42 of the convex meniscus forming means 40 to be the target is set in a pulse voltage output state. Thereafter, control is performed so that the pulse voltage power supply 30 of the discharge voltage application means 25 is in a pulse voltage output state. At this time, the pulse voltage as the driving voltage of the preceding convex meniscus forming means 40 is controlled so as to overlap with the pulse voltage of the ejection voltage applying means 25 (see FIG. 5). Then, droplets are discharged at the overlapping timing.

また、動作制御手段５０は、吐出電圧印加手段２５の吐出電圧である矩形に立ち上がるパルス電圧の印加の直後に逆極性の電圧を出力する制御を行う。この逆極性の電圧は、パルス電圧の非印加時よりも低電位であって、矩形に落ち込む波形を描く。 Further, the operation control means 50 performs control to output a reverse polarity voltage immediately after application of a pulse voltage that rises in a rectangle that is the discharge voltage of the discharge voltage application means 25. This reverse polarity voltage has a lower potential than when no pulse voltage is applied, and draws a waveform that falls into a rectangle.

（液体吐出装置による微小液滴の吐出動作）
図１、図４及び図５により液体吐出装置２０の動作説明を行う。
図４は凸状メニスカス形成手段４０における動作説明図であり、図４（Ａ）は駆動電圧の非印加時を示し、図４（Ｂ）は駆動電圧の印加時を示している。図５は吐出電圧とピエゾ素子４１の駆動電圧のタイミングチャートを示す。なお、図５の最上部には凸状メニスカス形成手段４０がない場合に要する吐出電圧電位を示し、最下部には各印加電圧の印加に伴うノズル２１の先端部２１ａの溶液の状態変化を示している。 (Discharge operation of micro droplets by liquid discharge device)
The operation of the liquid ejection device 20 will be described with reference to FIGS.
4A and 4B are diagrams for explaining the operation of the convex meniscus forming means 40. FIG. 4A shows the time when the drive voltage is not applied, and FIG. 4B shows the time when the drive voltage is applied. FIG. 5 shows a timing chart of the ejection voltage and the driving voltage of the piezo element 41. 5 shows the discharge voltage potential required when the convex meniscus forming means 40 is not provided, and the lowermost part shows a change in the state of the solution at the tip 21a of the nozzle 21 with the application of each applied voltage. ing.

溶液供給手段２９の供給ポンプにより各流路２２，溶液室２４及びノズル２１に溶液が供給され、かつ、吐出電極２８と各ノズル２１（ノズルプレート２６ｃ）との間に１０Ｖ以上の電圧が印加された状態において、動作制御手段５０が、例えば、外部からいずれかのノズル２１について溶液を吐出する指令を受けると、まず、該当するノズル２１の凸状メニスカス形成手段４０について、パルス電圧電源４２からパルス電圧である駆動電圧をそのピエゾ素子４１に対して印加させる。これにより、当該ノズル２１の先端部２１ａにおいて、図４（Ａ）の状態から溶液が押し出されるように図４（Ｂ）の凸状メニスカス形成状態に移行する。かかる移行過程において、動作制御手段５０は、吐出電圧印加手段２５について、パルス電圧電源３０からパルス電圧である吐出電圧を吐出電極２８に対して印加させる。 A solution is supplied to each flow path 22, solution chamber 24 and nozzle 21 by a supply pump of the solution supply means 29, and a voltage of 10 V or more is applied between the discharge electrode 28 and each nozzle 21 (nozzle plate 26c). In this state, for example, when the operation control unit 50 receives a command to discharge the solution from any one of the nozzles 21, the pulse meniscus forming unit 40 of the corresponding nozzle 21 is first pulsed from the pulse voltage power source 42. A drive voltage that is a voltage is applied to the piezo element 41. Thereby, in the front-end | tip part 21a of the said nozzle 21, it transfers to the convex meniscus formation state of FIG. 4 (B) so that a solution may be extruded from the state of FIG. 4 (A). In the transition process, the operation control unit 50 causes the discharge voltage application unit 25 to apply a discharge voltage, which is a pulse voltage, from the pulse voltage power supply 30 to the discharge electrode 28.

図５に示すように、凸状メニスカス形成手段４０の駆動電圧と、これに遅れて印加される吐出電圧印加手段２５の吐出電圧とが、双方の立ち上がり状態がタイミング的に重複するように制御される。このため、凸状メニスカス形成状態で溶液は帯電し、凸状メニスカスの先端部で生じる電界集中効果により、ノズル２１の先端部２１ａから微小液滴が飛翔する。 As shown in FIG. 5, the drive voltage of the convex meniscus forming means 40 and the discharge voltage of the discharge voltage applying means 25 applied behind this are controlled so that both rising states overlap in timing. The For this reason, the solution is charged in the state where the convex meniscus is formed, and microdroplets fly from the tip 21 a of the nozzle 21 due to the electric field concentration effect generated at the tip of the convex meniscus.

以上の液体吐出装置２０によれば、各ノズル２１及びノズルプレート２６ｃが導体又は半導体で構成され、その表面が絶縁膜１００で被覆されているため、吐出電極２８と各ノズル２１との間、すなわち吐出しようとする溶液と各ノズル２１との間が絶縁膜１００で電気的に遮断され、絶縁膜１００の膜厚や各ノズル２１の導体又は半導体部位の導電率のバラツキに左右されずに、ノズル２１ごとにその先端部２１ａに電界を集中させることができる。これにより、吐出電圧の低電圧化を図ることができるとともに、ノズル２１同士で起こるクロストークを抑えることができ、ノズル２１の高密度化を図ることができる。 According to the above liquid ejecting apparatus 20, each nozzle 21 and nozzle plate 26c are made of a conductor or a semiconductor, and the surface thereof is covered with the insulating film 100, so that between the ejection electrode 28 and each nozzle 21, that is, The insulating film 100 electrically cuts off the solution to be discharged and each nozzle 21, and the nozzle is not affected by variations in the film thickness of the insulating film 100 or the conductivity of the conductors or semiconductor parts of the nozzles 21. For each 21, the electric field can be concentrated on the tip 21a. As a result, the discharge voltage can be lowered, crosstalk occurring between the nozzles 21 can be suppressed, and the density of the nozzles 21 can be increased.

更に、液体吐出装置２０によれば、上記の通り、吐出電極２８と各ノズル２１との間に電圧を印加してノズル２１ごとにその先端部２１ａに電界を集中することができるため、各ノズル２１の高さを３０μｍ以下と低く抑えた状態でも溶液を液滴として安定的に吐出させることができ、液体吐出ヘッド２６のクリーニング時においてワイピング部材もノズル２１に引っ掛かりにくくなる。そのため、クリーニング時のワイピングを容易に行え、引っ掛かりによりノズル２１が破損したり、引っ掛かりによりワイピング部材の一部が残渣としてノズル２１に付着したりするのを防止することができ、ひいてはノズル２１の吐出性能を良好に維持することができる。 Furthermore, according to the liquid ejection device 20, as described above, a voltage can be applied between the ejection electrode 28 and each nozzle 21 to concentrate the electric field on the tip 21 a of each nozzle 21. The solution can be stably ejected as droplets even when the height of 21 is kept low at 30 μm or less, and the wiping member is less likely to be caught by the nozzle 21 during cleaning of the liquid ejection head 26. Therefore, wiping at the time of cleaning can be easily performed, and it is possible to prevent the nozzle 21 from being damaged due to the catching, or a part of the wiping member from adhering to the nozzle 21 as a residue due to the catching. Good performance can be maintained.

なお、本発明は上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の改良及び設計の変更をおこなってもよい。
下記にその変形例を示すが、下記の記載事項だけが上記と異なっており、それ以外の事項は上記と同様である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and design changes may be made without departing from the spirit of the present invention.
Although the modification is shown below, only the following description matters differ from the above, and other matters are the same as the above.

変形例の一例として、ノズルプレート２６ｃ及びノズル２１に代えて、これとは形態が異なる図６のノズルプレート７０及びノズル７１を適用してもよい。図６は図１及び図２のノズルプレート２６ｃ及びノズル２１の変形例を示す図面であって、図６（Ａ）上段がノズルプレート７０及びノズル７１の断面図を示し、図６（Ａ）下段がノズルプレート７０及びノズル７１の平面図を示し、図６（Ｂ）が図６（Ａ）の変形例を示す平面図を示す。 As an example of a modification, instead of the nozzle plate 26 c and the nozzle 21, the nozzle plate 70 and the nozzle 71 of FIG. 6 having different forms may be applied. 6 is a view showing a modified example of the nozzle plate 26c and the nozzle 21 in FIGS. 1 and 2, wherein the upper part of FIG. 6A shows a sectional view of the nozzle plate 70 and the nozzle 71, and the lower part of FIG. Shows a plan view of the nozzle plate 70 and the nozzle 71, and FIG. 6B shows a plan view showing a modification of FIG. 6A.

図６（Ａ）に示すように、ノズルプレート７０の中央部には複数のノズル７１が互いに等間隔をあけて列状に形成されている。ノズル７１の内径をＩｎと、ノズル７１の外径をＯｕｔ（ノズル７１の列方向と直交する方向に沿うノズル７１の幅を示す。）としたとき、各ノズル７１は内径Ｉｎと外径Ｏｕｔとが一定の直線状を呈している。各ノズル７１の図６（Ａ）中左右両側には凹部としての溝７２がそれぞれ形成されている。各溝７２はノズル７１の列に沿って直線状に形成されている。 As shown in FIG. 6A, a plurality of nozzles 71 are formed in a row at equal intervals in the center of the nozzle plate 70. When the inner diameter of the nozzle 71 is In and the outer diameter of the nozzle 71 is Out (the width of the nozzle 71 along the direction orthogonal to the row direction of the nozzles 71), each nozzle 71 has an inner diameter In and an outer diameter Out. Has a certain straight line shape. Grooves 72 as recesses are formed on the left and right sides of each nozzle 71 in FIG. Each groove 72 is formed linearly along the row of nozzles 71.

各溝７２の幅をＷとしたとき、各溝７２の幅Ｗは３〜１０００［μｍ］となっており、好ましくは１０〜１００［μｍ］に形成されるのがよい。 When the width of each groove 72 is W, the width W of each groove 72 is 3 to 1000 [μm], preferably 10 to 100 [μm].

各溝７２の深さをＤとしたとき、溝７２の深さＤは１〜３０［μｍ］となっている。各ノズル７１の高さをＴとしたとき、溝７２の深さＤとノズル７１の高さＨとが同じとなっており、ノズルプレート７０の平板面（図６（Ａ）上段中ノズルプレート７０の上面を示す。以下「ノズル面７０ａ」という。）とノズル７１の先端部７１ａの端面（図６（Ａ）上段中の上面）とが同一平面上に存している。 When the depth of each groove 72 is D, the depth D of the groove 72 is 1 to 30 [μm]. When the height of each nozzle 71 is T, the depth D of the groove 72 and the height H of the nozzle 71 are the same, and the flat plate surface of the nozzle plate 70 (the upper middle nozzle plate 70 in FIG. 6A). (Hereinafter referred to as “nozzle surface 70a”) and the end surface of the tip 71a of the nozzle 71 (the upper surface in the upper part of FIG. 6A) are on the same plane.

なお、各ノズル７１のピッチ（間隔）を広げる場合には、溝７２に代えて、図６（Ｂ）に示すように、各ノズル７１の外周を囲むように円形の凹部７３を形成してもよい。この場合、凹部７３の幅、深さに関しては溝７２の幅Ｗ、深さＤと同様とするのがよい。 In the case where the pitch (interval) of each nozzle 71 is increased, a circular recess 73 may be formed so as to surround the outer periphery of each nozzle 71 as shown in FIG. Good. In this case, the width and depth of the recess 73 are preferably the same as the width W and depth D of the groove 72.

更に、図６（Ａ）に示すノズル７１、溝７２、ノズル７１の内部に形成された流路７４等の形態を、図７（Ａ）〜（Ｅ）に示す各形態に代えてもよい。すなわち、図７（Ａ）に示すように、各溝７２を深くするにつれて当該溝７２の幅Ｗを狭くするとともに、流路７４をテーパ状としてもよい。図７（Ｂ）に示すように、各溝７２を深くするにつれて当該溝７２の幅Ｗを狭くするとともに、流路７４を基端部から中途部までテーパ状として中途部から先端部にかけて内径が一定の形状としてもよい。 Furthermore, the forms of the nozzle 71, the groove 72, the flow path 74 formed inside the nozzle 71, and the like shown in FIG. 6A may be replaced with the forms shown in FIGS. That is, as shown in FIG. 7A, as each groove 72 is deepened, the width W of the groove 72 may be narrowed, and the flow path 74 may be tapered. As shown in FIG. 7B, the width W of the groove 72 is narrowed as each groove 72 is deepened, and the flow path 74 is tapered from the base part to the middle part, and the inner diameter is increased from the middle part to the tip part. It is good also as a fixed shape.

図７（Ｃ）に示すように、流路７４の内径を一定のまま溝７２の深さＤをノズル７１の高さＨより大きく形成してもよい。この場合、溝７２の深さＤをノズル７１の高さＨより１〜２０［μｍ］大きく形成するのがよい。図７（Ｄ）に示すように、各溝７２に段差をつけて底部の幅を開口部の幅より広くするとともに、流路７４にも段差をつけて基端部から中途部までの内径を中途部から先端部までの内径より大きくしてもよい。 As shown in FIG. 7C, the depth D of the groove 72 may be formed larger than the height H of the nozzle 71 while keeping the inner diameter of the flow path 74 constant. In this case, the depth D of the groove 72 is preferably formed to be 1 to 20 [μm] larger than the height H of the nozzle 71. As shown in FIG. 7D, each groove 72 is stepped to make the bottom width wider than the opening width, and the flow path 74 is also stepped to increase the inner diameter from the base end portion to the middle portion. You may make it larger than the internal diameter from a midway part to a front-end | tip part.

また、図６（Ａ）、（Ｂ）及び図７（Ａ）〜（Ｄ）の更なる変形例として、図７（Ｅ）に示すように、ノズル７１を複数列にわたって配し、各ノズル７１の列の両側に溝７２を形成するようにしてもよい。図７（Ｅ）の形態は具体的には図７（Ｃ）の形態の変形例を示しているが、ノズル７１、溝７２、流路７４等の形態は図６（Ａ）、（Ｂ）及び図７（Ａ）〜（Ｄ）のどの形態を適用してもよい。 Moreover, as a further modified example of FIGS. 6A and 6B and FIGS. 7A to 7D, as shown in FIG. Grooves 72 may be formed on both sides of the row. The form of FIG. 7E specifically shows a modification of the form of FIG. 7C, but the forms of the nozzle 71, the groove 72, the flow path 74, and the like are shown in FIGS. 6A and 6B. Any form of FIGS. 7A to 7D may be applied.

なお、図示しないが、図６及び図７に示したノズルプレート７０、ノズル７１、溝７２、凹部７３、流路７４の表面は全て図２の絶縁膜１００で被覆されている。また、上記の説明において、ノズル７１の内径Ｉｎ、外径Ｏｕｔ及び高さＨ並びに溝７２及び凹部７３の幅Ｗ及び深さＤの値は、当該絶縁膜１００の膜厚を考慮していないものである。 Although not shown, the surfaces of the nozzle plate 70, the nozzle 71, the groove 72, the recess 73, and the flow path 74 shown in FIGS. 6 and 7 are all covered with the insulating film 100 shown in FIG. In the above description, the values of the inner diameter In, the outer diameter Out and the height H of the nozzle 71 and the width W and the depth D of the groove 72 and the recess 73 do not consider the film thickness of the insulating film 100. It is.

以上のように、各ノズル７１の周辺に溝７２や凹部７３を形成すると、液体吐出ヘッド２６のクリーニング時においてワイピング部材の押圧力の一部が溝７２又は凹部７３の内壁に作用し、ノズル７１に掛かるワイピング部材の押圧力が軽減してノズル７１にワイピング部材が引っ掛かりにくくなる。そのため、上記と同様に、クリーニング時のワイピングを容易に行え、引っ掛かりによりノズル７１が破損したり、引っ掛かりによりワイピング部材の一部が残渣としてノズル７１に付着したりするのを防止することができ、ひいてはノズル７１の吐出性能を良好に維持することができる。 As described above, when the grooves 72 and the recesses 73 are formed around the nozzles 71, a part of the pressing force of the wiping member acts on the inner walls of the grooves 72 or the recesses 73 at the time of cleaning the liquid discharge head 26. The pressing force of the wiping member applied to the nozzle is reduced, and the wiping member is not easily caught on the nozzle 71. Therefore, similarly to the above, wiping at the time of cleaning can be easily performed, and it is possible to prevent the nozzle 71 from being damaged due to catching, or part of the wiping member from adhering to the nozzle 71 as a residue due to catching, As a result, the discharge performance of the nozzle 71 can be maintained satisfactorily.

（１）試料の作製
（１．１）試料１の作製
シリコンドライエッチング加工により、外径が１０μｍで高さが１５０μｍのノズルを単独で有するノズルプレートを作製してこのノズルプレートを「試料１」とした。 (1) Preparation of Sample (1.1) Preparation of Sample 1 A nozzle plate having a nozzle having an outer diameter of 10 μm and a height of 150 μm is manufactured by silicon dry etching, and this nozzle plate is referred to as “Sample 1”. It was.

（１．２）試料２の作製
外径が１０μｍで高さが５μｍのノズルを単独で有するノズルプレートを作製してこのノズルプレートを「試料２」とした。 (1.2) Preparation of Sample 2 A nozzle plate having a single nozzle having an outer diameter of 10 μm and a height of 5 μm was prepared, and this nozzle plate was designated as “Sample 2”.

（１．３）試料３の作製
外径が１０μｍで高さが５μｍのノズルを単独で有するノズルプレートを作製し、その作製したノズルプレートの表面に対し酸化シリコン製の絶縁膜（膜厚１μｍ）をＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）で成膜してこれを「試料３」とした。 (1.3) Preparation of Sample 3 A nozzle plate having a nozzle having an outer diameter of 10 μm and a height of 5 μm is manufactured, and an insulating film made of silicon oxide (film thickness: 1 μm) is formed on the surface of the manufactured nozzle plate. Was formed by CVD (Chemical Vapor Deposition), and this was designated as “Sample 3”.

（１．４）試料４の作製
外径が１７μｍで高さが５μｍのノズルを単独で有するノズルプレートを作製し、その作製したノズルプレートの表面に対し酸化シリコン製の絶縁膜（膜厚１μｍ）をＣＶＤで成膜してこれを「試料４」とした。 (1.4) Preparation of Sample 4 A nozzle plate having a nozzle having an outer diameter of 17 μm and a height of 5 μm is manufactured, and an insulating film made of silicon oxide (film thickness: 1 μm) is formed on the surface of the manufactured nozzle plate. Was formed by CVD and this was designated as “Sample 4”.

（２）吐出状態評価
図１に示す液体吐出装置２０と同様の構成を有する液体吐出装置に対して、ノズルプレートとして各試料１〜４を、溶液として水系マゼンタインクを適用し、駆動周波数１０ｋＨｚで各試料１〜４からインクを連続的に高速吐出させ、各試料１〜４の吐出状態を評価した。ただし、試料１，２の評価ではインクとノズルとの間に電圧は印加せず、試料３，４の評価ではインクとノズルとの間に１０Ｖの電圧を印加した。吐出制御は背圧メニスカス制御によった。各試料１〜４の詳細と併せてその評価結果を下記表１に示す。 (2) Evaluation of discharge state For the liquid discharge apparatus having the same configuration as the liquid discharge apparatus 20 shown in FIG. 1, each sample 1 to 4 is applied as a nozzle plate, and water-based magenta ink is applied as a solution at a driving frequency of 10 kHz. Ink was continuously ejected from each sample 1 to 4 at high speed, and the ejection state of each sample 1 to 4 was evaluated. However, in the evaluation of samples 1 and 2, no voltage was applied between the ink and the nozzle, and in the evaluation of samples 3 and 4, a voltage of 10 V was applied between the ink and the nozzle. Discharge control was based on back pressure meniscus control. The evaluation results are shown in Table 1 below together with the details of each sample 1 to 4.

表１に示す通り、試料１では１０００Ｖの吐出電圧を印加したときノズルからインクを正常に吐出した。試料２では２０００Ｖの吐出電圧を印加してもノズルからインクを吐出しなかった。試料３，４では１０００Ｖの吐出電圧を印加したときノズルからインクを正常に吐出した。 As shown in Table 1, in Sample 1, when a discharge voltage of 1000 V was applied, ink was normally discharged from the nozzles. In sample 2, no ink was ejected from the nozzles even when an ejection voltage of 2000 V was applied. In Samples 3 and 4, ink was normally ejected from the nozzles when an ejection voltage of 1000 V was applied.

試料１と試料３，４との比較から、インクとノズルとの間に電圧を印加すれば、ノズルの高さを高くしなくてもインクの正常な吐出に必要な電界強度を得られることがわかった。そのため、ノズルのクリーニング時において、ワイピング部材の引っ掛かりによりノズルが破損したり、ワイピング部材の引っ掛かりによりワイピング部材の一部が残渣としてノズルに付着したりするのを防止することができる。 From a comparison between sample 1 and samples 3 and 4, it is possible to obtain the electric field strength necessary for normal ink ejection without increasing the nozzle height if a voltage is applied between the ink and the nozzle. all right. Therefore, at the time of cleaning the nozzle, it is possible to prevent the nozzle from being damaged due to the wiping member being caught, or part of the wiping member from adhering to the nozzle as a residue due to the wiping member being caught.

試料２と試料３，４との比較から、インクとノズルとの間に電圧を印加すれば、吐出電圧の低電圧化を図れることがわかった。そのため、ノズルの内径を拡大化することができ、インクの目詰まりを抑制することができる。 From comparison between Sample 2 and Samples 3 and 4, it was found that the discharge voltage can be lowered by applying a voltage between the ink and the nozzle. Therefore, the inner diameter of the nozzle can be enlarged, and ink clogging can be suppressed.

なお、上記試料１〜４以外にも、試料１〜４と同様の試料を作製し、それら各試料に対し撥水膜としてフィルタードカソーディックバキュームアーク法（ナノフィルムテクノロジーインダストリアル社FCAVシステムを使用した。）でta-C膜（膜厚０．０５μｍ）及びMiCC膜（０．０５μｍ）の両膜をそれぞれ成膜し、これらを「試料５〜８」とした。そして各試料５〜８に対し、試料１〜４と同様の評価をおこなったところ、表１に示す結果と同様の結果が得られ、更にインクを吐出させた後にワイピング部材でクリーニングしたところ、各試料５〜８にはインクによる汚れは全く認められなかった。 In addition to the samples 1 to 4, samples similar to the samples 1 to 4 were prepared, and a filtered cathodic vacuum arc method (Nanofilm Technology Industrial FCAV system was used as a water-repellent film for each sample. )), Both a ta-C film (film thickness 0.05 μm) and a MiCC film (0.05 μm) were formed, and these were designated as “Samples 5 to 8”. And when each sample 5-8 was evaluated in the same manner as the samples 1-4, the same results as those shown in Table 1 were obtained. Further, after each ink was ejected and cleaned with a wiping member, In Samples 5 to 8, no stain due to ink was observed.

（１）試料の作製
（１．１）試料１０の作製
シリコンドライエッチング加工により、３０個のノズル（外径１０μｍ，高さ５μｍ，ノズル間ピッチ１００μｍ）を有するノズルプレートを作製してこのノズルプレートを「試料１０」とした。 (1) Preparation of Sample (1.1) Preparation of Sample 10 A nozzle plate having 30 nozzles (outer diameter 10 μm, height 5 μm, nozzle pitch 100 μm) was prepared by silicon dry etching, and this nozzle plate Was designated as “Sample 10”.

（１．２）試料１１〜３３の作製
３０個のノズル（外径１０μｍ，高さ５μｍ，ノズル間ピッチ１００μｍ）を有するノズルプレートを複数作製し、それら作製した各ノズルプレートの表面に対し酸化シリコン製の絶縁膜をＣＶＤで成膜してこれを「試料１１〜３３」とした。各試料１１〜３３の絶縁膜の膜厚及び導電率を下記表２に示す。表２中、絶縁膜の「膜厚（μｍ）」は成膜時間で調整したものであり、絶縁膜の「導電率（Ｓ／ｍ）」は、絶縁膜に１０Ｖの直流電圧を印加したときの抵抗を測定してその測定した抵抗と直流電圧の印加面積と膜厚とから換算したものである。 (1.2) Production of Samples 11 to 33 A plurality of nozzle plates having 30 nozzles (outer diameter 10 μm, height 5 μm, nozzle pitch 100 μm) were produced, and silicon oxide was formed on the surface of each of the produced nozzle plates. An insulating film made by CVD was formed as “Samples 11 to 33”. Table 2 below shows the thickness and conductivity of the insulating film of each sample 11 to 33. In Table 2, the “film thickness (μm)” of the insulating film is adjusted by the film formation time, and the “conductivity (S / m)” of the insulating film is obtained when a DC voltage of 10 V is applied to the insulating film. Is measured and converted from the measured resistance, DC voltage application area and film thickness.

（２）クロストークの影響評価
図１に示す液体吐出装置２０と同様の構成を有する液体吐出装置に対して、ノズルプレートとして各試料１０〜３３を、溶液として水系マゼンタインクを適用し、駆動周波数１Ｈｚで各試料１０〜３３からインクを吐出させ、互いに隣り合うノズル同士でのクロストークの影響を評価した。ただし、吐出制御は背圧メニスカス制御によった。 (2) Evaluation of influence of crosstalk With respect to a liquid ejection apparatus having the same configuration as the liquid ejection apparatus 20 shown in FIG. 1, each sample 10 to 33 is applied as a nozzle plate, and water-based magenta ink is applied as a solution. Ink was ejected from each of the samples 10 to 33 at 1 Hz, and the influence of crosstalk between adjacent nozzles was evaluated. However, the discharge control was based on back pressure meniscus control.

印加電圧（インクとノズルとの間に印加した電圧）及び吐出電圧と併せてその評価結果を下記表２に示す。表２の「インク−ノズル間印加電圧（Ｖ）」の項目中、「オープン」はインクとノズルとの間に電圧を印加しなかったことを示す（試料３１〜３３参照）。また表２の「クロストークの影響」の項目中、「○」は各ノズルからインクを正常に吐出したことを示し、「×」は各ノズルからインクを正常に吐出できなかったことを示す（試料１７〜１９，２１〜２６，２８〜３３参照）。 The evaluation results are shown in Table 2 below together with the applied voltage (voltage applied between the ink and the nozzle) and the ejection voltage. In the item of “ink-nozzle applied voltage (V)” in Table 2, “open” indicates that no voltage was applied between the ink and the nozzle (see samples 31 to 33). In addition, in the item “Effect of crosstalk” in Table 2, “◯” indicates that ink was normally ejected from each nozzle, and “x” indicates that ink could not be ejected normally from each nozzle ( Samples 17-19, 21-26, 28-33).

表２に示す評価結果において、絶縁膜を成膜しなかった試料１０では、過負荷（オーバーロード）のためインクとノズルとの間に電圧を印加できなかった。絶縁膜の膜厚が０．１μｍの各試料１１，１６，２０，２７と、絶縁膜の導電率が１×１０^-11Ｓ／ｍの各試料１１〜１４とでも、過負荷のためインクとノズルとの間に電圧を印加できなかった。絶縁膜の膜厚が６μｍの試料１５では、絶縁膜の成膜時に当該絶縁膜が割れた。インクとノズルとの間に５Ｖの電圧を印加した試料１７〜１９と、インクとノズルとの間に電圧を印加しなかった試料３１〜３３とでは、各ノズルからインクを吐出はしたが、互いに隣り合うノズル同士でインクの吐出状態に変化があり、クロストークの影響が認められた。 In the evaluation results shown in Table 2, in Sample 10 in which no insulating film was formed, voltage could not be applied between the ink and the nozzle due to overload. Each sample 11, 16, 20, 27 having an insulating film thickness of 0.1 μm and each sample 11-14 having an insulating film conductivity of 1 × 10 ⁻¹¹ S / m are also overloaded. A voltage could not be applied between the nozzles. In sample 15 having an insulating film thickness of 6 μm, the insulating film was broken during the formation of the insulating film. In Samples 17 to 19 in which a voltage of 5 V was applied between the ink and the nozzle, and in Samples 31 to 33 in which no voltage was applied between the ink and the nozzle, the ink was ejected from each nozzle. There was a change in the ink ejection state between adjacent nozzles, and the influence of crosstalk was recognized.

他方、これら各試料１０〜２０，２７，３１〜３３に対し、膜厚が０．２〜５μｍで導電率が１×１０^-12Ｓ／ｍ以下の絶縁膜が成膜されかつインクとノズルとの間に１０Ｖ以上の電圧が印加された各試料２１〜２６，２８〜３０では、各ノズルから正常にインクを吐出し、互いに隣り合うノズル同士でクロストークの影響は認められなかった。 On the other hand, with respect to each of these samples 10 to 20, 27, and 31 to 33, an insulating film having a film thickness of 0.2 to 5 μm and a conductivity of 1 × 10 ⁻¹² S / m or less is formed, and an ink, a nozzle, In each of the samples 21 to 26 and 28 to 30 to which a voltage of 10 V or more was applied between the nozzles, ink was normally ejected from each nozzle, and no crosstalk was observed between the nozzles adjacent to each other.

以上から、膜厚が０．２〜５μｍで導電率が１×１０^-12Ｓ／ｍ以下の絶縁膜を成膜し、インクとノズルとの間に１０Ｖ以上の電圧を印加すると、ノズルの先端部に電界を集中させるためにノズルを極端に微細化したり高く突出させたりしなくても、１０００Ｖ以下の低い吐出電圧で各ノズルからインクを吐出することが可能であり、互いに隣り合うノズル同士でクロストークが起こるのを防止することができることがわかった。 From the above, when an insulating film having a film thickness of 0.2 to 5 μm and a conductivity of 1 × 10 ⁻¹² S / m or less is formed and a voltage of 10 V or more is applied between the ink and the nozzle, the tip of the nozzle Even if the nozzles are not extremely miniaturized or protruded high in order to concentrate the electric field in the area, ink can be discharged from each nozzle with a low discharge voltage of 1000 V or less. It has been found that crosstalk can be prevented from occurring.

液体吐出装置の断面図である。It is sectional drawing of a liquid discharge apparatus. ノズルを示す断面斜視図である。It is a cross-sectional perspective view which shows a nozzle. 図２の流路の変形例を示す断面斜視図である。It is a cross-sectional perspective view which shows the modification of the flow path of FIG. 溶液の吐出状態と溶液に印加される電圧との関係を示す説明図であって、（Ａ）吐出を行わない状態を示す図面であり、（Ｂ）吐出状態を示す図面である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the discharge state of a solution, and the voltage applied to a solution, Comprising: (A) It is drawing which does not perform discharge, (B) It is drawing which shows a discharge state. 吐出電圧とピエゾ素子の駆動電圧のタイミングチャートである。It is a timing chart of the discharge voltage and the drive voltage of a piezo element. 図１及び図２のノズルプレート及びノズルに代わる変形例を示す図面であって、（Ａ）断面図（上段）及び平面図（下段）であり、（Ｂ）（Ａ）の変形例を示す断面図である。It is drawing which shows the modification which replaces the nozzle plate and nozzle of FIG.1 and FIG.2, Comprising: It is sectional drawing (A) sectional drawing (upper stage) and top view (lower stage), (B) Section which shows the modification of (A) FIG. 図６のノズル、溝及び流路の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the nozzle of FIG. 6, a groove | channel, and a flow path.

Explanation of symbols

２０液体吐出装置
２１ノズル
２５吐出電圧印加手段
２６液体吐出ヘッド
４０凸状メニスカス形成手段
５０動作制御手段
７１ノズル
７２溝（凹部）
７３凹部
１００絶縁膜 20 Liquid discharge device 21 Nozzle 25 Discharge voltage application means 26 Liquid discharge head 40 Convex meniscus forming means 50 Operation control means 71 Nozzle 72 Groove (concave part)
73 Recess 100 Insulating film

Claims

A liquid ejection device that ejects droplets of a charged solution onto a substrate,
A liquid ejection head having a plurality of nozzles having an inner diameter of 100 μm or less, and ejecting droplets from the tip of each nozzle;
Solution supply means for supplying a solution into each nozzle;
A discharge voltage applying means for applying a discharge voltage to the solution in each nozzle;
With
Each of the nozzles is made of a conductor or a semiconductor,
A liquid ejection apparatus, wherein the surface of each nozzle is coated with an insulating film.

The liquid ejection apparatus according to claim 1,
A liquid ejection apparatus, wherein the thickness of the insulating film is 0.2 μm or more and 5 μm or less.

The liquid ejection device according to claim 1 or 2,
The liquid ejection apparatus, wherein the insulating film has a conductivity of 1 × 10 ⁻¹² S / m or less.

In the liquid ejection device according to any one of claims 1 to 3,
The solution supply means has a solution chamber for storing the solution;
A liquid ejection apparatus, wherein a voltage is applied between the solution in the solution chamber and each nozzle.

The liquid ejection apparatus according to claim 4, wherein
The liquid ejection apparatus, wherein a voltage applied between the solution in the solution chamber and each nozzle is 10 V or more.

In the liquid ejection device according to any one of claims 1 to 5,
Each of the nozzles protrudes from a nozzle surface in a droplet discharge direction.

The liquid ejection apparatus according to claim 6, wherein
The height of each said nozzle is 30 micrometers or less, The liquid discharge apparatus characterized by the above-mentioned.

The liquid ejection device according to claim 7, wherein
A liquid ejection apparatus, wherein a recess is formed around each of the nozzles.

In the liquid ejection device according to any one of claims 1 to 8,
A liquid ejection apparatus, wherein a surface of a tip portion of each nozzle is subjected to water repellent treatment.

In the liquid ejection device according to any one of claims 1 to 9,
A counter electrode facing each of the nozzles via the base material;
The liquid discharge apparatus, wherein the counter electrode has a flat plate shape or a drum shape.

In the liquid ejection device according to any one of claims 1 to 10,
An inner diameter of each nozzle is 10 μm or less.

In the liquid ejection device according to any one of claims 1 to 10,
An inner diameter of each nozzle is 4 μm or less.

In the liquid ejection device according to any one of claims 1 to 10,
An inner diameter of each nozzle is 0.1 μm or more and less than 1 μm.